Лекция №1 Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств

Подождите немного. Документ загружается.

Лекция № 1

Тема 1. Вводные сведения по учебной дисциплине

1. Значение, цель, задачи и объем курса.

Целью курса «Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых

производств» является получение системных знаний и навыков создания

надежных машин и аппаратов для предприятий пищевой промышленности.

Задачи изучения дисциплины

Главными задачами изучения курса являются:

1. Изучение общих положений расчета и конструирования машин и

аппаратов пищевых производств на базе общетеоретических и

общеинженерных дисциплин;

2. Изучение методов конструирования и методов принятия технических

решений;

3. Приобретение навыков выбора наиболее целесообразных вариантов

конструкции на основе научно-обоснованных методик;

4. Развитие творческих и исследовательских навыков у студентов;

5. Приобретение знаний, необходимых для создания конструкторской

документации и ее экспертизы в соответствие с ЕСКД.

6. Получение специальных знаний для создания машин и аппаратов с

учетом особенности сырья и технологии переработки пищевых

продуктов

Требования к знаниям и умениям

В результате изучения дисциплины будет контролироватся:

· структуру машины и аппарата, методы структурного анализа;

· методы расчета и конструирования рабочих органов и

исполнительных механизмов машин;

· принципы и методы конструирования, его стадии, виды

документации, и правила ее оформления;

· методы оценки технико-экономических показателей оборудования

и технического уровня конструкторских разработок.

Основная литература

1 Технологическое оборудование предприятий отрасли

(зерноперерабатывающие предприятия) [Текст]: учебник / Л. А. Глебов [и

др.]. - М. : ДеЛи принт, 2006. – 816 с.

2 Антипов, С.Т. Машины и аппараты пищевых производств: в 2-х кн /

С. Т. Антипов – М.: Высшая школа, 2001.- Кн. 1 - 2.

3 Тимонин, А. С. Основы конструирования и расчета химико-

технологического оборудования: справочник в 2-х т. / А. С. Тимонин -.

Калуга: Издательство М. Бочкаревой, 2002. – 852 с. - Т. 1 – 2.

4 Ковалевский, В. И. Проектирование технологического оборудования и

линий. / В. И. Ковалевский - Издательство: ГИОРД, 2007. – 320 с.

5 Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств

[Текст] : учебник / А. Н. Остриков [и др.] - СПб.: Издательство РАПП, 2009.-

408с.

6 Технологическое оборудование предприятий отрасли

(зерноперерабатывающие предприятия) [Текст]: учебник / Л. А. Глебов [и

др.]. - М. : ДеЛи принт, 2006. – 816 с.

7 Демский, А. Б. Оборудование для производства муки, крупы и

комбикормов. / А. Б. Демский, В. Ф. Веденьев - М.:ДеЛи принт, 2005, 760с.

8 А.Я. Соколов. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов

пищевых производств. М.: Машиностроение.

9 С.В. Харламов. Расчет и конструирование пищевых машин. Л.:

Машиностроение.

10 В.И Соколов. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов

пищевых производств. М.: Машиностроение 1983 г.

11 П.И. Орлов. Основы конструирования. М.: Машиностроение. 1986г.

12 Р.И. Гжиров. Краткий справочник конструктора. М.: Машиностроение

1983 г.

Дополнительная литература

1. Кононюк А.Е., Басанько В.А. Справочник конструктора

оборудования пищевых производств. Киев. Техника. 1981 г.

2. Амиров Ю.Д. Основы конструирования; Творчество – стандартизация -

экономика; Справочное пособие.1991 г.

3. Барханова Д.С, Тихомиров Ю.С. Порядок и правила разработки,

оформление и обращения конструкторской документации;(Пособие для

конструкторов)-М., 1992 г.-160 с.

4. Шишкин И.Ф.Метрология, стандартизация и управление качеством;

Учеб. для вузов. Под ред. акад. Н.С. Соколоменко. - М., 1990 г. -342 с

Для самостоятельного изучения материала используются:

1. Шишкин И.Ф.Метрология, стандартизация и управление качеством; Учеб.

для вузов. Под ред. акад. Н. С. Соколоменко. - М., 1990 г. -342 с

2. Классификация машин и аппаратов пищевых производств.

Существует множество вариантов классификации пищевого оборудования.

При современном многообразии пищевых производств применяемое в них

технологическое оборудование также весьма разнообразно. Это

оборудование можно классифицировать по ряду следующих общих

признаков:

1) характеру воздействия на обрабатываемый продукт;

2) структуре рабочего цикла;

3) степени механизации и автоматизации;

4) принципу сочетания в производственном потоке;

5) функциональному признаку.

По характеру воздействия на обрабатываемый продукт различают:

1.1) машины, в которых продукт подвергается механическому

воздействию; при обработке на этих машинах продукты не изменяют своих

свойств, а могут изменять лишь форму, размеры или другие подобные

параметры, поддающиеся механическому воздействию;

1.2) аппараты как особую категорию рабочих машин, в которых

продукты испытывают такие воздействия (физико – механические,

биохимические, тепловые, электрические), при которых изменяются их

физические или химические свойства либо агрегатное состояние.

Машина конструкция, имеющая движущие рабочие органы, которые

непосредственно воздействуют на продукт. Например Размольное

оборудование. Характерная особенность машин – существование

движущихся рабочих органов, непосредственно механически

воздействующих на обрабатываемый продукт.

Аппарат конструкция, имеющая рабочую камеру (реакционного

пространства) в котором производится воздействие на продукт с целью

изменения его свойств. Например Сушильная камера. Особенностью

аппаратов является наличие определенного реакционного пространства

(рабочей камеры), в котором производится воздействие на продукт с целью

изменения его свойств. Емкость реакционного пространства и

производительность аппарата определяют длительность процесса.

В некоторых случаях технологическое оборудование является

комбинацией машины и аппарата, в которой совмещаются механическое,

физико-химическое, тепловое и другие указанные виды воздействий.

По структуре рабочего цикла различают:

2.1) машины периодического действия; В машинах периодического

действия обрабатываемый продукт подвергается воздействию в течение

определенного периода времени, и готовый продукт выводится из машины

по истечении этого периода. После этого процесс возобновляется, повторяясь

циклически. Режим работы рабочих органов таких машин за время цикла

непрерывно меняется.

2.2) машины непрерывного действия. В машинах непрерывного действия

существует установившийся во времени рабочий процесс: загрузка

исходного продукта и выгрузка готовой продукции производится

одновременно. Рабочие органы таких машин работают в стабильных

условиях.

Таким образом, однородные по назначению органы и элементы машин

периодического действия требуют различного подхода к их расчету и

конструированию.

По степени механизации и автоматизации операций различают:

3.1) машины неавтоматического действия; В машинах

неавтоматического действия вспомогательные операции (загрузка, выгрузка,

перемещение, контроль) и некоторые технологические операции

выполняются при непосредственном воздействии человека на предмет труда.

В таких машинах механизмы и орудия лишь облегчают труд человека, но не

устраняют его.

3.2) полуавтоматические машины; В полуавтоматических машинах все

основные технологические операции и процессы выполняются машиной,

ручными остаются некоторые транспортные, контрольные и другие

вспомогательные операции

3.3) автоматические машины. В автоматических машинах

технологические операции и процессы, а также все вспомогательные

операции и процессы, включая транспортные и контрольные, выполняются

машиной.

Особенностью машин полуавтоматов и автоматов является наличие,

помимо обычных механизмов и устройств, присущих этим машинам, также

специальных механизмов и устройств, обеспечивающих автоматическое

действие машин.

По принципу сочетания в производственном потоке различают:

4.1) отдельные (частные) машины;

4.2) агрегатные или комплексные машины; Если рабочие органы

машины выполняют различные процессы и операции, связанные

определенной последовательностью, то такая машина является агрегатной

или комплексной. Подобные машины обеспечивают ускорение процессов,

экономию труда и производственных площадей, уменьшение потерь,

снижение потребляемой энергии и уменьшение эксплуатационных расходов.

4.3) комбинированные машины; Более совершенны по сравнению с

агрегатными (комплексными) комбинированные машины, выполняющие

определенный законченный цикл операций и процессов.

4.4) автоматическую систему машин. Последовательное развитие

производства приводит к переходу от машин, выполняющих отдельные,

частные операции, от агрегатных, комбинированных машин к

автоматической системе машин и непрерывному производственному потоку.

По функциональному признаку все оборудование, применяющееся в

пищевых производствах, можно разделить на следующие группы,

объединяющие принципиально одинаковые машины (аппараты) и автоматы,

по их воздействию на продукт и конструктивному решению:

В частности технологическое оборудование для переработки зерна в

продовольственные и кормовые продукты подразделяется на:

1. Машины для выделения примесей, отличающихся от зерен основной

культуры шириной и толщиной. (Ситовые сепараторы типа ЗСП, ЗСШ

центрифугалы и бураты)

2. Машины для выделения примесей, отличающихся от зерен основной

культуры аэродинамическими свойствами. (Воздушные сепараторы типа

ЗПА, БПС)

3. Машины для выделения примесей, отличающихся от зерен основной

культуры шириной, толщиной и аэродинамическими свойствами.

(Воздушно-ситовые сепараторы типа ЗСМ)

4. Машины для выделения примесей, отличающихся от зерен основной

культуры длинной. (Цилиндрические и барабанные триера)

5. Машины для выделения примесей, отличающихся от зерен основной

культуры совокупностью различных физических свойств (плотность,

размеры, форма, коэфф. трения). Фотосепаратор, Падди-машина,

Фрикционные и спиральные сепараторы, вибропневматические

камнеотделитиельные машины, Магнитные и электромагнитные

сепараторы..

6. Машины для сухой обработки поверхности зерна. Обоечные и щеточные

машины для сухой чистки типа ЗНМ, ЗМП и БЩМ

7. Машины для обработки зерна водой. Увлажнители типа ЗЗМ и моющие

машины типа БМА.

8. Аппараты для обработки зерна теплом. Подогрев, сушка и

кондиционирование зерна. Обработка теплом зерна крупяных культур.

9. Машины и агрегаты для дозирования (весовые и объемные) и

смешивания зерновых и жидких продуктов.

10. Машины для измельчения зерна. Вальцевые станки, молотковые

дробилки, бичевые и плющительные станки, дисковые измельчители

различных конструкций

11. Машины для шелушения зерна крупяных культур, шлифования и

полирования ядра. Шелушильные и машины для шлифовки.

12. Машины для сортировки продуктов измельчения зерна и крупяных

продуктов. Рассева, ситовеечные и вымольные машины различного типа.

13. Машины для прессования и гранулирования. Пресса и грануляторы

различного типа

14. Весоизмерительное оборудование.

15. Подьемно-транспортное оборудование.

16. Аспирационное оборудование. Сжатие воздуха (ВМ), подготовка

воздуха (Очистка, увлажнение, подогрев и т.п.), разделение

использованного воздуха и пыли.

По функциональному признаку все оборудование, применяющееся в

пищевых производствах, можно разделить на следующие группы,

объединяющие принципиально одинаковые машины (аппараты) и автоматы,

по их воздействию на продукт и конструктивному решению:

5.1) машины для разделения сыпучих пищевых продуктов;

5.2) машины для разделения жидких пищевых продуктов;

5.3) машины для приготовления и гомогенизации пищевых эмульсий;

5.4) машины для поштучного разделения пластических пищевых

продуктов;

5.5) машины для резания пищевых продуктов;

5.6) машины для шелушения и шлифования сыпучих пищевых

продуктов;

5.7) машины для измельчения сыпучих пищевых продуктов;

5.8) машины для перемешивания сыпучих пищевых продуктов;

5.9) машины с вращающимися оболочками для механической, тепловой

или химической обработки пищевых продуктов;

5.10) машины для перемешивания пластических (тестообразных)

продуктов;

5.11) машины для перемешивания жидких пищевых продуктов;

5.12) машины для прессования пищевых и кормовых продуктов;

5.13) ультразвуковое оборудование для интенсификации процессов

пищевых производств;

5.14) машины для дозирования компонентов пищевых продуктов;

5.15) машины для мойки тары жидких пищевых продуктов;

5.16) автоматы для расфасовки и упаковки сыпучих, пластических и

штучных пищевых продуктов;

5.17) машины для расфасовки жидких пищевых продуктов;

5.18) автоматические механизмы для измерения массы пищевых

продуктов;

5.19) теплообменные, диффузионные и выпарные аппараты для пищевых

производств;

5.20) транспортирующие и перегрузочные машины для комплексной

механизации пищевых производств.

3. Конструкционные материалы

Требования к выбору конструкционных материалов

Кроме общих требований (прочность, жесткость, вибрационная и

температурная стойкость), предъявляемых к материалам для деталей

машин производства пищевых продуктов при проектировании, изготовлении

и эксплуатации, они должны отвечать еще специальным требованиям.

1. Высокая технико-экономическая эффективность применяемых

материалов. Ее повышение выражается в конечном итоге в росте

производительности труда, т. е. в снижении затрат на единицу

продукта, выработанного на указанных машинах и автоматах.

Повышение технико-экономической эффективности обусловливают

следующие параметры: Снижения удельной материалоемкости,

использование рационального сечения, упрочнение материала, выбор

равнопрочного материала.

2. Высокая износостойкость рабочих органов машин и аппаратов —

важное требование, характерное для пищевого оборудования.

3. Использование материалов с низкой коррозией или применения

материалов для защиты от коррозии. Недопустимо попадание продукта

коррозии (ржавчины) в пищевой продукт. Кроме того коррозия изменяет

как физико-механические свойства (прочность, жесткость и т.п.) так и

уменьшает площадь поперечного сечения. Все это может привести к

разрушению детали и машины.

4. Особые требования связанные с антифрикционными свойствами.

Необходимо обеспечить максимальное скольжения пищевого материала

по поверхности материала. Добиваются этого с помощью улучшенной

обработки (шлифование), покрытие материала специальными составами

(хромирование, лакирование, покраска).

5. Особые требования со свойствами позволяющими накапливать

электрический заряд. Это связано с возможностью взрыва на

зерноперерабатывающих предприятиях.

6. Соответствие деталей машин и аппаратов требованиям, изложенным

в правилах охраны труда и обеспечения производственной санитарии.

В частности, с наружной стороны машины должны иметь гладкую и

обтекаемую форму, что облегчает соблюдение требований

производственной санитарии и охраны труда.

Машиностроительные материалы используемые для изготовления

машин пищевой промышленности.

Выбор материала и термообработки деталей машин определяется

конструктивными (обеспечение надежности), технологическими (единичное,

серийное, массовое производство) и экономическими соображениями.

Для изготовления деталей машин широко применяют стали и чугуны, а

также алюминиевые, магниевые, титановые и медные сплавы, а также

неметалические материалы.

СТАЛИ

Сталями называют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода

до 2%. По сравнению с другими материалами стали имеют высокую

прочность, пластичность, хорошо обрабатываются термически, химико-

термически и механически.

Применяются для изготовления валов, рычагов, дисков, шестерен,

элементов крепления, обечаек, днищ, фланцев, люков, лазов, патрубков и

других элементов машин и аппаратов. А также используются для

изготовления оснастки и инструмента

Чугуны

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы с содержанием

углерода свыше 2%. Чугуны имеют высокие литейные и невысокие

пластические свойства в сравнении со сталями. В зависимости от структуры

чугуны подразделяют на белые, ковкие и серые.

Чугуны, как материалы, обладающие хорошими литейными свойствами,

широко применяются для изготовления корпусов оборудования и деталей

сложных конфигураций.

Правила Госгортехнадзора и отраслевой стандарт регламентируют

использование литья для работы при следующих параметрах: серый чугун

при температуре от -15 до 250°С и давлении до 1 МПа; щелочестойкий чугун

при температуре от -15 до 300°С и давлении до 1МПа; ферросилид при

температуре от 0 до 700°С и давлении до 0,25МПа.

Цветные металлы и сплавы

Цветные металлы и сплавы в пищевом машиностроении применяют все

чаще.

Алюминий (ГОСТ 11069-74) и его сплавы (ГОСТ 4784-74) применяют

для изготовления корпусов, лотков, резервуаров, колонн, теплообменников,

выпарных и других аппаратов, работающих в интервале температур от -196

до 150°С при давлении до 0,6 МПа со средами средней и повышенной

агрессивности. Алюминий и его сплавы хорошо деформируются в горячем и

холодном состоянии, удовлетворительно обрабатываются резанием и хорошо

свариваются аргонодуговой сваркой.

Дуралюмины. Дуралюминами называются сплавы Al-Cu-Mg, в которые

дополнительно вводят марганец. Типичным дуралюмином является сплав Д1.

Марганец повышает стойкость дуралюмина против коррозии, а присутствуя

в виде дисперсных частиц фазы Т, повышает температуру рекристаллизации

и улучшает механические свойства.

Дуралюмин, изготовляемый в листах, для защиты от коррозии подвергают

плакированию, т.е. покрытию тонким слоем алюминия высокой чистоты.

Из сплава Д16 изготовляют обшивки, шпангоуты, стрингера и лонжероны

самолетов, силовые каркасы, строительные конструкции, кузова грузовых

автомобилей и т.д.

Д16 - s

0.2

=400МПа, s

=540МПа, d=11%.

Медь (ГОСТ 859-78) применяют для изготовления теплообменников,

ректификационных колонн и других аппаратов, а также в качестве материала

для подшипников скольжения работающих в интервале температур от -264

до 250°С при давлении до 0,6 МПа со средами средней агрессивности. Чаще

всего медь используют в технике глубокого холода. Медь отлично

деформируется , хорошо паяется мягкими и твердыми припоями, хорошо

сваривается электродуговой сваркой. Обрабатываемость резанием

удовлетворительная.

В пищевом машиностроении находят применение и сплавы меди: бронза

(ГОСТ 18175-78) и латунь (ГОСТ 15527-70).

Различают две основные группы медных сплавов: 1) латуни - сплавы меди с

цинком; 2) бронзы - сплавы меди с другими элементами. Медные сплавы

обладают высокими механическими и техническими свойствами, хорошо

сопротивляются коррозии и износу.

Латуни. Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на

основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк.

Когда требуется высокая пластичность, повышенная теплоотводность

применяют латуни с высоким содержанием меди (Л06 и Л90). Латуни Л62,

Л60,Л59 с большим содержанием цинка обладают более высокой

прочностью, лучше обрабатываются резанием, дешевле, но хуже

сопротивляются коррозии.

Латунь ЛЦ40С - s

=215МПа, d=12%, 70НВ.

Латунь используют в температурном интервале от -196 до 120°С при

давлении до 0,6МПа.

Оловянные бронзы. Обладают хорошими литейными свойствами и

применяются для литья деталей сложной формы. Недостатком отливок из

оловянных бронз является большая микропористость. Их часто применяют

для изготовления антифрикционных деталей.

Бронза БрО3Ц12С5 - s

=200МПа, d=5%.

Из бронзы изготовляют в основном вкладыши подшипников

скольжения.

Никель

Никель обладает высокой коррозионной стойкостью во многих средах,

но как конструкционный материал дорог и дефицитен. Большое значение

имеют сплавы на никелевой основе («хастеллой»). Они обладают высокой

стойкостью в серной, соляной и других кислотах. Из сплавов типа

«хастеллой» наиболее распространены ХН65МВ и Н70МФ (ГОСТ 5632 -72).

Оба сплава обладают высокими механическими свойствами, штампуются в

холодном и горячем состоянии, хорошо свариваются.

Из этих сплавов изготовляют ректификационные колонны, испарители,

реакторы и другие аппараты для работы с высокоагрессивными средами.

БАББИТЫ

Баббиты — сплавы на основе олова, свинца и кальция являются

высококачественными хорошо прирабатывающимися антифрикционными

подшипниковыми материалами. Их обозначают буквой Б и цифрой,

выражающей содержание в процентах олова, или буквой, показывающей

дополнительный компонент.

Очень высокая стоимость баббитов (в 20 раз и более превышающая

стоимость качественной стали) ограничивает области их использования.

Общие сведения о неметаллических материалах

К неметаллическим материалам относятся полимерные материалы

органические и неорганические: различные виды пластических масс,

композиционные материалы на неметаллической основе, каучуки и резины,

клеи, герметики, лакокрасочные покрытия, а также графит, стекло, керамика.

Такие их свойства, как достаточная прочность, жесткость и эластичность

при малой плотности, светопрозрачность, химическая стойкость,

диэлектрические свойства, делают эти материалы часто незаменимыми. Они

находят все большее применение в различных отраслях машиностроения.

Основой неметаллических материалов являются полимеры, главным образом

синтетические.

Неметаллические материалы (пластмассы, резина, углеграфит, стекло,

эмали, керамика и др.) применяют как конструкционные и футеровочные

материалы. Они позволяют экономить дорогостоящие и дефицитные

материалы, а иногда являются единственным возможным материалом.

ПЛАСТМАССЫ

Это материалы на основе высокомолекулярных органических

соединений (смол), являющихся связующими. Они имеют 40 — 70%

«несущих» компонентов (наполнителя) в виде волокон (текстильных,

стеклянных, асбестовых), ткани, бумаги, муки (древесной, минеральной) и

др. Благодаря малой плотности (ρ = 1,1 ÷ 2,3 г/см3), высокой коррозионной

стойкости и сравнительно высокой прочности (σв = 60 ÷ 300 МПа)

пластмассы применяют (часто взамен металлов) для изготовления корпусов,

червячных колес и т. д.

К числу наиболее распространенных материалов относятся:

а) термореактивные слоистые пластмассы: текстолит (наполнитель —

хлопчатобумажная ткань), гетинакс (наполнитель — листы бумаги),

асботекстолит, стеклопластики и древопластики;

б) термореактивные пластмассы (волокнит, фенопласт и др.),

используемые для изготовления прессованием рукояток, шкивов, ступиц

колес и других деталей изделий бытовой техники;